שימוש בצמח האזולה השרכית פרויקט חקר
Transcription
שימוש בצמח האזולה השרכית פרויקט חקר
עלון למורי הביולוגיה 181 בשדה ההוראה תש"ע שימוש בצמח האזולה השרכית )(Azolla filiculoides כמסנן מים -פרויקט חקר ורד יפלח וישקרמן 1 צמח האזולה הנו שרך החי במים מתוקים בשיתוף עם אצה כחולה )אנבנה( הקושרת חנקן .ייחודו ביכולתו לקלוט ולספוח מתכות כבדות כגון ניקל ,קדמיום ,כספית ועוד .צמח האזולה קל לגידול באקווריום פשוט ,המלא במי ברז. האזולה מכפילה את מסתה כל שלושה ימים בטמפרטורת החדר. אפשר להשיג את השרך במשתלות המגדלות צמחי מים. באמצעות האזולה אפשר לבצע עבודות חקר בכיתות השונות )י-יב'( ,ולשאול שאלות חקר בטווח נושאים רחב וברמות קושי שונות. המטרה העיקרית של עבודת חקר מסוג זה היא לשלב פיתוח חשיבה במסגרת ההוראה עם לימוד תכנים בנושאים שונים ,כגון איכות הסביבה ,ביולוגיה ,כימיה וביוטכנולוגיה. במושג פיתוח חשיבה אני מתייחסת למכלול תפקודי החשיבה הדורשים פעילויות שכליות מורכבות כגון חשיבה ביקורתית ,חשיבה לוגית ,פתרון בעיות ועוד ).(Resnick 1987 היעדים שאפשר להשיג באמצעות למידה בפרויקט חקר מסוג זה ,שמתבצע במעבדה ,הם רבים ומגוונים )תמיר, .(1974בעבודת חקר אנו מלמדים פיתוח מיומנות חקר מדעי כגון ניסוח בעיה ,ניסוח השערה ,תכנון ניסוי ,כתיבת תוצאות וניסוח מסקנות. עבודות החקר מהסוג המוצע במאמר זה הן ארוכות טווח ויכולות להימשך שבועות אחדים .התלמידים עובדים בצוותים וכל צוות בודק תהליך או תופעה שונה הקשורה בשרך האזולה .התהליך מאפשר בסופו קבלת תמונה כוללת על פעילות הצמח. דוגמאות לעבודות חקר מסוגים שונים פרויקט חקר א' :השוואה בין תכונות מי ברז ובין תכונות המים שבהם גדל צמח האזולה. מדידות: א. הבדלים במוליכות המים -.נמדדים על ידי מד-מוליכות ,מיקרואמפרמטר. ב. הבדלים כמותיים בנוכחות של יונים מסוגים שונים )פוספט ,P -ברזל – (Fe-נמדדים באמצעות 2 ערכה שנרכשה ממרכז לפיתוח ותמיכה במעבדות בי"ס בבר אילן . ג. הבדלים בריכוז CO2מומס במים -נמדדים על-ידי מדידת דרגת ה.pH - ד. הבדלים ברמת מליחות )יוני כלור( -נמדדים באמצעות ערכה שנרכשה ממרכז לפיתוח ותמיכה במעבדות בי"ס בבר אילן. 1 ד"ר ורד יפלח-וישקרמן ,תיכון מקיף עומר ,מכללת קיי להכשרת מורים [email protected] 2המרכז לפיתוח ותמיכה במעבדות בית הספר – http://www.biu.ac.il/soc/se/biocenter/lab.html 1 בשדה ההוראה ה. עלון למורי הביולוגיה 181 תש"ע צפיפות חיידקים במים הנבדקים -נמדדת על-ידי מדידת עכירות באמצעות ספקטרופוטומטר או באמצעות מד עכירות .אפשר למדוד את צפיפות החיידקים במים על-ידי קביעת הריכוז של יחידות יוצרות מושבות ) -(cfuבשיטת המיהולים ,זריעת בידוד וספירת מושבות חיידקים המתפתחות על מצע אגר עשיר.3 בדיקת יכולת האזולה לספוח את יוני ברזל ) (Feבריכוזים שונים )אפשר לראות שוני באורך ובגוון של ו. שורשי הצמח(. פרויקט חקר ב' :גידול נבטים של צמחים שונים במי ברז ובמים אשר סוננו באמצעות השרך אזולה והשוואת מדדים הקשורים בתהליך הנביטה והצמיחה א .שיעורי נביטה ב .מדדי התפתחות של הנבט :יציאת שורשון וניצרון ג .ביטוי כלורופיל .באמצעות הרצה בפלטות ) ,TLCראו נספח סעיף ד בהמשך( ד .פעילות אנזימתית בנבטים ו/או בזרעים. שאלות מחקר שאפשר לשאול • מהי השפעת מי ההשקיה )מי ברז ומי ברז שעברו סינון על-ידי אזולה( על קצב פעילות האנזים עמילאז שמקורו במיצוי נבטים? • מהי השפעת מי ההשקיה )מי ברז ומי ברז שעברו סינון על-ידי אזולה( על קצב פעילות עמילאז בנבטים בגילאים שונים? מדידת פעילות אינזימתית של עמילאז בנבטים .1באמצעות מגיב סמנר 4הבודק כמות סוכרים מחזרים ,כלומר בודק את קצב היווצרות גלוקוז )תוצר(. )ראו נספח סעיף א' בהמשך(. .2באמצעות דיסקיות נייר סופג טבולות בתמיסת מיצוי המכילה אנזים שהופק מנבטים בגילאים שונים ,המונחות על גבי מצע אגר עמילן )ראו נספח סעיף ב' בהמשך(. הערה :אפשר למדוד פעילות אינזימתית של עמילאז בנבטים בשיטות שונות ולהשוות ביניהן. פרויקט חקר ג' :גידול צמחים שונים ,כגון עגבניות או כל צמח אחר )בבתי ספר שבהם יש חממות( ,תחת משטרי השקיה של מי ברז או של מים אשר עברו סינון עם אזולה והשוואות המשתנים האלה: א .מדידת ריכוזי כלורופיל בנבטים בגילאים שונים )דגימת עלים בזמני גידול שונים( והרצה של פיגמנטים על גבי ) TLCראו נספח סעיפים ג' +ד' בהמשך(. ב .מדידת פרמטרים שונים של צמיחה בצמחי עגבנייה :מספר פירות ,אורך הצמח ,הבדלים באורך הפרקים בצמח. ג .מדידת תכולת ויטמין Cבפרי ,בצמחי עגבנייה שהושקו בסוגי המים השונים )הבדיקה תתבצע באמצעות שתי שיטות שאפשר להשוות ביניהן(: 3פירוט שיטות לספירת חיידקים: /http://mail.edu-negev.gov.il/tirzadev/filesמיקרוביולוגיה/מעבדות/מעבדה%20מס'doc.3 http://moodle.oranim.ac.il/moodle/mod/resource/view.php?inpopup=true&id=5061 4 נרכש במרכז לפיתוח ותמיכה במעבדות בית הספר – http://www.biu.ac.il/soc/se/biocenter/lab.html 2 עלון למורי הביולוגיה 181 בשדה ההוראה • שימוש ב ,2,6 -דיכלורופנול אינדופנול – הפרוטוקול מפורט בלקט ח' בעיה .152- 151 1 • תגובת חימצון-חיזור עם יוד )ראו נספח חלק ה' בהמשך(. תש"ע שאלות מחקר שאפשר לשאול מהי השפעת מי ההשקיה )מי ברז ומי ברז שעברו סינון על-ידי אזולה( על תכולת ויטמין Cבפרי ,בצמחי • העגבנייה? מהי השפעת מי ההשקיה )מי ברז ומי ברז שעברו סינון על-ידי אזולה( על ריכוז הכלורופיל בנבטים? • לכל ניסוי חקר אפשר לצרף את דף העבודה שלהלן: פרטים על תוכן הניסוי 1 ניסוח השערה 2 מהו הבסיס הביולוגי? 3 מהו המשתנה התלוי? תשובות כיצד נמדד? מהם ערכיו )היחידות(? סוג הטיפולים 4 מהו המשתנה /המשתנים הבלתי תלויים? מהי דרך השינוי של המשתנים הבלתי תלויים? 5 מהי דרך או דרכי המדידה? מהן יחידות המדידה? מה הקשר בין דרך המדידה לבין התהליך הנבדק? 6 ציין גורמים קבועים בניסוי 7 פרט את הבקרות במערך הניסוי ואת חשיבותן 8 תאר את תוצאות הניסוי בטבלה 9 תאר את תוצאות הניסוי בגרף. איזה סוג גרף תשרטט? )קווי/עמודות( נמק את קביעתך. דוגמאות נוספות לשאלות חקר .1מהי השפעת מי ההשקיה )מי ברז ומי ברז שעברו סינון על-ידי אזולה( על קצב נשימת הנבטים? .2מהו הקשר בין סוג המים )מי ברז ומי ברז שעברו סינון על-ידי אזולה( שבהם הושרו זרעים להנבטה לקצב הפעילות של אנזים מפרק חלבון המופק ממיצוי הזרעים הנובטים? .3מהו הקשר בין סוג צמחי המים )אלודאה ואזולה( באקוואריום לבין קצב גידול דגי גופי )עלייה במשקל(? 5 5כדאי להתייעץ לפני העמדת הניסוי עם מומחים לגידול דגי מים מתוקים. 3 עלון למורי הביולוגיה 181 בשדה ההוראה תש"ע נספח א .שימוש במגיב סמנר .1 הכן מיצוי מהנבטים על ידי הוספה של 5מ"ל מים ל 20 - 15-נבטים ,כתישה במכתש וסינון דרך גזה. .2העבר למבחנה 1מ"ל מהמיצוי. .3 הוסף 1מ"ל תרחיף עמילן בריכוז .1% .4השהה את המבחנה למשך 5דקות בטמפרטורת החדר ,אפשר לאנזים שבמיצוי לפעול. .5הוסף 1מ"ל ריאגנט סמנר .המגיב ריאגנט סמנר מפסיק את פעולת האנזים. .6ערבב את המבחנות והעבר לאמבט מים רותחים למשך 5דקות לצורך הפסקה כוללת של התגובה האנזימתית. .7קרר את המבחנות והוסף 5מ"ל מים בהתאם לעוצמת הצבע. .8ערבב ומדוד קריאה באמצעות ספקטרופוטומטר באורך גל של .540nm הערה :לפעמים הצבע המתקבל חזק ואינו מאפשר קריאה בספקטרופוטמר .אם לאחר המיהול עם 5מ"ל עדיין אי אפשר לבצע קריאה ,יש להוסיף עוד 5מ"ל מים. ב .מדידת פעילות עמילאז באמצעות דיסקיות נייר סופג מפיקים מיצוי המכיל עמילאז מהנבטים. באמצעות מלקטת ,טובלים את דסקיות נייר סופג במיצוי מניחים על גבי אגר-עמילן למשך 48שעות. בודקים את קוטר שטח האגר שבו חל פירוק עמילן באמצעות צביעה ביוד. צביעה ביוד :ראה :אורה הירש ,שרה ורטהימר ,אוגדן ניסויים בביולוגיה ,פרק רבייה ,ניסוי ,2עמ' ,7זיהוי חומרי תשמורת בנבטים ופירוקם במהלך הנביטה. ג .הכנת מיצוי כלורופיל מעלים .1במהלך הפקת המיצוי יש לעבוד במנדף! .2שים במכתש חרסינה מעט חול-ים והוסף כ 10-מ"ל תערובת של פטרול אתר:אצטון ביחס .1:4 .3גזור במספרים עלים ירוקים וכתוש אותם היטב במכתש. .4בעזרת משפך קטן וגזה ,סנן את המיצוי שנוצר לתוך מבחנה. .5הוסף למבחנה נפח שווה של פטרול אתר ונפח שווה של מיצוי וסגור בפקק .ערבב היטב עד לקבלה של שתי שכבות. .6אסוף בעזרת פיפטת פסטר את השכבה העליונה הכוללת את מיצוי הפיגמנטים והכלורופיל והעבר למבחנה אחרת. .7חזור על פעולת המיצוי עוד פעמיים לפי המהלך בסעיפים 4ו 5-במבחנת המיצוי המקורית )על-ידי הוספת מנות נוספות של פטרול אתר וערבוב חזק(. .8אסוף את כל המיצוי במבחנה אחת. .9הוסף למיצוי הפיגמנטים מעט Na2SO4יבש וערבב היטב. .10העבר בעזרת טפי את השכבה העליונה למבחנה נקייה ויבשה. .11הכנס קיסם עץ למבחנה ושים אותה בכוס מים רותחים .הימנע ממגע עם אש – הפעולה תתבצע על-ידי המורה בלבד. .12רכז את התמיסה עד לנפח של 2מ"ל. .13אפשר לשמור את המיצוי במבחנה פקוקה כדי למנוע אידוי ,יש לשמור בקירור. 4 עלון למורי הביולוגיה 181 בשדה ההוראה תש"ע ד .הכנת כרומטוגרפיית TLC .1על לוח TLCהמצופה בסיליקה צייר בעיפרון בעדינות קו במרחק של 1ס"מ מהקצה .קו זה מציין את קו ההתחלה. .2הנח על הקו במרחק של 3ס"מ מהשוליים טיפה קטנה מהמיצוי והנח לה להתייבש .הנח על הטיפה הקודמת טיפה נוספת .חזור על פעולה זו פעמים אחדות להגדלת ריכוז הצבע .חשוב לייבש את הטיפה לפני הוספת טיפה נוספת כדי למנוע את התפשטות הכתם. .3שים את לוח ה TLC-בנוזל מריץ המורכב מ 20% -אצטון ו 80% -פטרול אתר .הקפד שגובה הנוזל לא ייגע בקו ההתחלה שעליו כתמי הפיגמנטים .כסה את המכל ועקוב אחר נדידת החומרים על הפלטה. .4כאשר קו החזית של הנוזל המריץ מגיע לכ 2/3-מגובה הלוח -הוצא את הפלטה. ה .תגובת חימצון-חיזור עם יוד - חומצה אסקורבית )ויטמין (Cמחזרת יוד מולקולרי ) (I2ליון יודיד ) ,(Iכאשר מטטרים חומצה אסקורבית עם תמיסת יוד ,מתחזר היוד המלוקולרי ליון יודיד .לזיהוי סוף התגובה משתמשים בעמילן כאינדקטור .העמילן מגיב עם יוד מולקולרי ויוצר צבע כחול כהה .כאשר כל החומצה מגיבה עם היוד ,מגיב עודף היוד המולקולרי המטוטר עם העמילן ומופיע צבע כחול. א .הכן סדרה של 6מבחנות ,שים בכל מבחנה את כמויות החומצה האסקורבית )ויטמין 0.5% (C כמפורט בטבלה ,לאחר מכן השלם את הנפח ל 3 -מ"ל במים מזוקקים והוסף את העמילן. ויטמין 0.5% C מים מזוקקים עמילן 1% )מ"ל( )מ"ל( )מ"ל( 1 0 3 1 2 0.6 2.4 1 3 1.2 1.8 1 4 1.8 1.2 1 5 2.4 0.6 1 6 3 - 1 3מ"ל מיץ - 1 מספר המבחנה 7מיץ מהירק ב .מלא משורה של 10מ"ל בתמיסת יוד 1.5%עד לנפח של 10מ"ל. ג .בעזרת פיפטת פסטר טפטף באיטיות תמיסת יוד ,תוך כדי ניעור ,למבחנה מספר ,1עד להופעת צבע כחול יציב .רשום את נפח התמיסה שהוספת. ד .חזור על הפעולה בכל אחת מהמבחנות האחרות. ה .טפטף באותו אופן למיץ שבמבחנה 7עד לשינוי הצבע. ו. חישוב :בהנחה שמ"ל אחד מתמיסת החומצה שוקל גרם אחד ,חשב את מספר המ"ג של חומצה בכל הדוגמאות. ז .שרטט עקום כיול המציג את נפח היוד )מ"ל( הדרוש לטיטור חומצה אסקורבית )מ"ג(. ח .על העקומה שצירת מצא את כמות ויטמין ) Cחומצה אסקורבית( במ"ג בדוגמת מיצוי הנבטים שבדקת. 5 עלון למורי הביולוגיה 181 בשדה ההוראה תש"ע מקורות מידע 1. Resnick 1987. Education and learning to think, .Washington ,DC: National Academy Press. .2תמיר,פ' ) .(1974ייחודה של המעבדה בהוראת מדעי הטבע ,קובץ ח' ,האוניברסיטה העברית ,ירושלים. .3לקט ניסויים בביוכימיה מכשירית ,הוצאת הספרים אורט ישראל ,משרד החינוך ,2002 ,דר' בת שבע כהן, מרים שטרן ,שרה אליאס. .4אורה הירש ,שרה ורטהימר ,אוגדן ניסויים בביולוגיה ,הוצאת מל"מ ,האוניברסיטה העברית י-ם. מידע על האזולה השרכית .5תפוצה: http://flora.huji.ac.il/browse.asp?action=specie&specie=AZOFIL http://www.wildflowers.co.il/hebrew/plant.asp?ID=1322 .6טיהור מים על-ידי אזולה: http://lib.cet.ac.il/pages/item.asp?item=3770 .7צמחי מים בסיור ובמעבדה ,ד"ר מירי ברומר: http://bioteach.snunit.k12.il/upload/.ecology/simiri.html 6